vysokÉ uČenÍ technickÉ v brnĚmaster's thesis autor prÁce bc. ondŘej melŠa author...

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚBRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCHTECHNOLOGIÍÚSTAV RADIOELEKTRONIKY

FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATIONDEPARTMENT OF RADIO ELECTRONICS

GENERÁTOR MODULOVANÝCH SIGNÁLŮ

MODULATED SIGNAL GENERATOR

DIPLOMOVÁ PRÁCEMASTER'S THESIS

AUTOR PRÁCE Bc. ONDŘEJ MELŠAAUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE doc. Ing. ROMAN MARŠÁLEK, Ph.D.SUPERVISOR

BRNO 2010

VYSOKÉ UČENÍTECHNICKÉ V BRNĚ

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Ústav radioelektroniky

Diplomová prácemagisterský navazující studijní oborElektronika a sdělovací technika

Student: Bc. Ondřej Melša ID: 77937Ročník: 2 Akademický rok: 2009/2010

NÁZEV TÉMATU:

Generátor modulovaných signálů

POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ:

Prostudujte principy modulací PSK, M-QAM. Prostudujte princip rozprostřeného spektra a přístupůOFDM a MC-CDMA. Navrhněte strukturu modulátorů a demodulátorů pro výše uvedené techniky arozeberte parametry modulátorů, které bude možné modifikovat.

Seznamte se s principy komunikace s analogovou PCI kartou Compugen řady 4302 v prostředíMATLAB. Napište funkce pro nastavování parametrů DA převodu a zápis dat na DA převodník. V SWMATLAB implementujte generátor M-QAM a QPSK signálů, které budou vysílány na DA převodník.Implementujte generátor signálů s rozprostřeným spektrem a signálů OFDM a MC-CDMA. Progenerátor připravte jednoduché grafické rozhraní umožňující nastavení typu a parametrů modulace.Funkčnost ověřte měřením na spektrálním analyzátoru vybaveným analýzou komunikačních signálů.

DOPORUČENÁ LITERATURA:

[1] PROAKIS, J.G., SALEHI, M. Communication Systems Engineering, Second edition. New Jersey:Prentice Hall, 2002.

Termín zadání: 8.2.2010 Termín odevzdání: 21.5.2010

Vedoucí práce: doc. Ing. Roman Maršálek, Ph.D.

prof. Dr. Ing. Zbyněk RaidaPředseda oborové rady

UPOZORNĚNÍ:

Autor diplomové práce nesmí při vytváření diplomové práce porušit autorská práva třetích osob, zejména nesmízasahovat nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a musí si být plně vědom následkůporušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávníchdůsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. díl 4 Trestního zákoníku č.40/2009 Sb.

LICENČNÍ SMLOUVA

POSKYTOVANÁ K VÝKONU PRÁVA UŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO

uzavřená mezi smluvními stranami:

1. Pan/paní

Jméno a příjmení: Bc. Ondřej Melša Bytem: Lubná 338, Lubná, 569 63 Narozen/a (datum a místo): 1. července 1986 v Poličce

(dále jen „autor“) a

2. Vysoké učení technické v Brně

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií se sídlem Údolní 53, Brno, 602 00 jejímž jménem jedná na základě písemného pověření děkanem fakulty: prof. Dr. Ing. Zbyněk Raida, předseda rady oboru Elektronika a sdělovací technika (dále jen „nabyvatel“)

Čl. 1

Specifikace školního díla

1. Předmětem této smlouvy je vysokoškolská kvalifikační práce (VŠKP):

disertační práce diplomová práce bakalářská práce jiná práce, jejíž druh je specifikován jako ......................................................

(dále jen VŠKP nebo dílo)

Název VŠKP: Generátor modulovaných signálů

Vedoucí/ školitel VŠKP: doc. Ing. Roman Maršálek, Ph.D.

Ústav: Ústav radioelektroniky

Datum obhajoby VŠKP: __________________

VŠKP odevzdal autor nabyvateli*:

v tištěné formě – počet exemplářů: 2 v elektronické formě – počet exemplářů: 2

2. Autor prohlašuje, že vytvořil samostatnou vlastní tvůrčí činností dílo shora popsané a specifikované. Autor dále prohlašuje, že při zpracovávání díla se sám nedostal do rozporu s autorským zákonem a předpisy souvisejícími a že je dílo dílem původním.

3. Dílo je chráněno jako dílo dle autorského zákona v platném znění.

4. Autor potvrzuje, že listinná a elektronická verze díla je identická.

* hodící se zaškrtněte

Článek 2

Udělení licenčního oprávnění

1. Autor touto smlouvou poskytuje nabyvateli oprávnění (licenci) k výkonu práva uvedené dílo nevýdělečně užít, archivovat a zpřístupnit ke studijním, výukovým a výzkumným účelům včetně pořizovaní výpisů, opisů a rozmnoženin.

2. Licence je poskytována celosvětově, pro celou dobu trvání autorských a majetkových práv k dílu.

3. Autor souhlasí se zveřejněním díla v databázi přístupné v mezinárodní síti

ihned po uzavření této smlouvy 1 rok po uzavření této smlouvy 3 roky po uzavření této smlouvy 5 let po uzavření této smlouvy 10 let po uzavření této smlouvy

(z důvodu utajení v něm obsažených informací)

4. Nevýdělečné zveřejňování díla nabyvatelem v souladu s ustanovením § 47b zákona č. 111/ 1998 Sb., v platném znění, nevyžaduje licenci a nabyvatel je k němu povinen a oprávněn ze zákona.

Článek 3

Závěrečná ustanovení

1. Smlouva je sepsána ve třech vyhotoveních s platností originálu, přičemž po jednom vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP.

2. Vztahy mezi smluvními stranami vzniklé a neupravené touto smlouvou se řídí autorským zákonem, občanským zákoníkem, vysokoškolským zákonem, zákonem o archivnictví, v platném znění a popř. dalšími právními předpisy.

3. Licenční smlouva byla uzavřena na základě svobodné a pravé vůle smluvních stran, s plným porozuměním jejímu textu i důsledkům, nikoliv v tísni a za nápadně nevýhodných podmínek.

4. Licenční smlouva nabývá platnosti a účinnosti dnem jejího podpisu oběma smluvními stranami.

V Brně dne: 20. května 2010

……………………………………….. ………………………………………… Nabyvatel Autor

Abstrakt

Projekt se zabývá vytvořením generátoru modulovaných signálů v prostředí MATLAB. Jsou zde uvedeny základní principy modulací typu PSK, M-QAM, princip rozprostřeného spektra a princip přístupu OFDM a MC-CDMA. Dále jsou uvedeny základní parametry a možnosti nastavení převodu analogové PCI karty CompuGen 4302, která slouží jako D/A převodník vytvořených signálů z PC.

Klíčová slova

Generátor, modulace, MATLAB, modulátor, demodulátor, D/A převodník, digitální komunikace

Abstract

This project occupies with the creation modulated signal generator in MATLAB. There are explicit basic princips of modulation PSK, M-QAM, princip of system with spread spektrum and princip of access OFDM and MC-CDMA. Next there are explicit basic parametres and possibilities configuration of conversion analog PCI card CompuGen 4302, which serves as D/A convertor of signals created by PC.

Keywords

Generator, modulation, MATLAB, modulator, demodulator, D/A convertor, digital communications

MELŠA, O. Generátor modulovaných signálů. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. Ústav radioelektroniky, 2010. 40 s., 0 s. příloh. Diplomová práce. Vedoucí práce: doc. Ing. Roman Maršálek, Ph.D.

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že svou diplomovou práci na téma Generátor modulovaných signálů jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího diplomové práce a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce.

Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této diplomové práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a/nebo majetkových a~jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon), ve znění pozdějších předpisů, včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. díl 4 Trestního zákoníku č. 40/2009 Sb.

V Brně dne .............................. ....................................

(podpis autora)

PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucímu diplomové práce doc. Ing. Romanu Maršálkovi, Ph.D. za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mé diplomové práce.

V Brně dne .............................. ....................................

(podpis autora)

Obsah

Seznam obrázků ............................................................................................................... vi

Seznam tabulek .............................................................................................................. viii

Úvod .................................................................................................................................. 1

1 Modulace .................................................................................................................. 2

1.1 Modulace BPSK, QPSK ..................................................................................... 2

1.1.1 Princip modulace BPSK ............................................................................. 2

1.1.2 Modulátor signálu BPSK, QPSK ................................................................ 3

1.1.3 Demodulátor signálu BPSK ........................................................................ 4

1.1.4 Parametry BPSK, QPSK ............................................................................. 5

1.2 Modulace M-QAM ............................................................................................. 5

1.2.1 Princip modulace M-QAM ......................................................................... 6

1.2.2 Modulátor signálů M-QAM ........................................................................ 7

1.2.3 Demodulátor signálů M-QAM .................................................................... 7

1.2.4 Parametry M-QAM ..................................................................................... 8

1.3 Rozprostřené spektrum ....................................................................................... 9

1.3.1 DS–SS (Direct Sequence Spread Spectrum) .............................................. 9

1.4 Systém OFDM ................................................................................................. 11

1.4.1 Princip OFDM .......................................................................................... 12

1.4.2 Modulátor OFDM ..................................................................................... 13

1.4.3 Demodulátor OFDM ................................................................................. 13

1.4.4 Parametry OFDM ..................................................................................... 14

1.5 Přístup MC-CDMA .......................................................................................... 14

1.5.1 Princip CDMA, MC-CDMA .................................................................... 15

1.5.2 Modulátor MC-CDMA ............................................................................. 15

1.5.3 Demodulátor MC-CDMA ......................................................................... 16

1.5.4 Parametry MC-CDMA ............................................................................. 16

2 Analogová PCI karta CompuGen 4302 .................................................................. 17

2.1 Zpracování signálů ........................................................................................... 17

2.2 Parametry ......................................................................................................... 18

2.3 Komunikace karty s PC .................................................................................... 18

3 Generátor ................................................................................................................ 18

3.1 Modulace ve zdrojovém kódu .......................................................................... 21

3.1.1 Funkce BPSK ............................................................................................ 22

3.1.2 Funkce QPSK ........................................................................................... 23

3.1.3 Funkce M-QAM ....................................................................................... 24

3.1.4 Funkce OFDM .......................................................................................... 25

3.1.5 Funkce CDMA .......................................................................................... 26

4 Měření na signálovém analyzátoru ......................................................................... 27

5 Závěr ....................................................................................................................... 39

Literatura ......................................................................................................................... 40

Seznam obrázků

Obrázek 1.1 Signálový prostor BPSK [2] ......................................................................... 2 Obrázek 1.2 Modulace signálu pomocí BPSK [2] ............................................................ 3 Obrázek 1.3 Modulátor BPSK .......................................................................................... 3 Obrázek 1.4 Struktura modulátoru BPSK v MATLABU ................................................. 4 Obrázek 1.5 Struktura demodulátoru BPSK v MATLABU ............................................. 5 Obrázek 1.6 Signálový prostor 16-QAM [2] .................................................................... 6 Obrázek 1.7 Výsledky dvojí QPSK v signálovém prostoru [2] ........................................ 7 Obrázek 1.8 Struktura modulátoru 16-QAM v MATLABU ............................................ 7 Obrázek 1.9 Struktura demodulátoru 16-QAM v MATLABU ........................................ 8 Obrázek 1.10 Princip rozprostření .................................................................................... 9 Obrázek 1.11 Generátor m-sekvence .............................................................................. 10 Obrázek 1.12 Walshovy funkce 8. Řádu ........................................................................ 11 Obrázek 1.13 Rozprostření signálu Walshovou funkcí .................................................. 11 Obrázek 1.14 Ochranný interval Δ/TU ............................................................................ 12

Obrázek 1.15 Struktura modulátoru OFMD v MATLABU ........................................... 13 Obrázek 1.16 Struktura demodulátoru OFDM v MATLABU ....................................... 13 Obrázek 1.17 Struktura modulátoru MC-CDMA v Matlabu .......................................... 15 Obrázek 1.18 Struktura demodulátoru MC-CDMA v Matlabu ...................................... 16 Obrázek 1.19 Struktura modulátoru CDMA pro jednoho uživatele v Matlabu .............. 17 Obrázek 2.1 Zjednodušené blokové schéma [4] ............................................................. 17 Obrázek 3.1 Grafické rozhraní pro generátor ................................................................. 19 Obrázek 3.2 Nastavení jednoho kanálu generátoru pro modulace BPSK a QPSK ........ 20 Obrázek 3.3 Nastavení modulace M-QAM .................................................................... 20 Obrázek 3.4 Nastavení pro modulaci OFDM ................................................................. 21 Obrázek 3.5 Nastavení pro modulaci CDMA ................................................................. 21 Obrázek 4.1 Nastavení BPSK ......................................................................................... 27 Obrázek 4.2 Spektrum BPSK ......................................................................................... 28 Obrázek 4.3 Konstalační diagram BPSK ........................................................................ 28 Obrázek 4.4 Nastavení QPSK ......................................................................................... 29 Obrázek 4.5 Spektrum QPSK ......................................................................................... 29 Obrázek 4.6 Konstalační diagram QPSK ....................................................................... 30 Obrázek 4.7 Nastavení 16-QAM .................................................................................... 30 Obrázek 4.8 Spektrum 16-QAM ..................................................................................... 31 Obrázek 4.9 Konstalační diagram 16-QAM ................................................................... 31 Obrázek 4.10 Nastavení 256-QAM ................................................................................ 32 Obrázek 4.11 Spektrum 256-QAM ................................................................................. 32 Obrázek 4.12 Konstalační diagram 256-QAM ............................................................... 33 Obrázek 4.13 Nastavení OFDM 1 .................................................................................. 33

Obrázek 4.14 Spektrum OFDM 1 ................................................................................... 34 Obrázek 4.15 Nastavení OFDM 2 .................................................................................. 34 Obrázek 4.16 Spektrum OFDM 2 ................................................................................... 35 Obrázek 4.17 Nastavení CDMA ..................................................................................... 35 Obrázek 4.18 Spektrum CDMA ..................................................................................... 36 Obrázek 4.19 Spektrum CDMA při použití 2x delšího rozprostíracího kódu ................ 36 Obrázek 4.20 Nastavení QPSK s filtrem ........................................................................ 37 Obrázek 4.21 Spektrum QPSK s filtrem ......................................................................... 37 Obrázek 4.22 Konstalační diagram QPSK s filtrem ....................................................... 38

Seznam tabulek

Tabulka 1.1 Parametry filtru ............................................................................................. 4 Tabulka 1.2 Parametry modulátoru BPSK, QPSK ........................................................... 5 Tabulka 1.3 Parametry modulátoru M-QAM ................................................................... 8 Tabulka 1.4 Parametry modulátoru OFDM .................................................................... 14 Tabulka 1.5 Parametry modulátoru MC-CDMA ............................................................ 16

1

Úvod

V následujících kapitolách se budeme zabývat základními modulacemi BPSK, QPSK a M-QAM. Budou prostudovány principy, na kterých pracují, jednotlivé bloky jejich modulátorů, demodulátorů a parametry, které je možné při modulaci signálu modifikovat. Nejvíce se ovšem budeme soustředit na možnosti a způsob vytvoření takovýchto modulátorů v programovém prostředí Matlab.

Dále se seznámíme s technikou rozprostřeného spektra. Ta se využívá v případech, kdy je potřeba, aby byl přenášený signál co nejméně detekovatelný, byl opatřen kódem a byl odolný vůči záměrnému rušení či odposlechu. Vytvořen byl původně pro vojenské účely, ale postupně se rozšířil i do komerčních aplikací. Způsobů rozprostření je více, zabývat se budeme způsobem DS-SS (přímé rozprostření pomocí kódu), kterého využívá například systém CDMA (Code Division Multiple Access), kterému se taktéž budeme v jedné z kapitol věnovat podrobněji. Mezi další patří např. FH-SS (tzv. frekvenční skákání), TH-SS (rozprostření časovým skákáním) a jejich kombinace. Posledním zmíněným způsobem pro přenos informací o kterém se zmíníme, bude přístup OFDM (Orthogonal Freqeuncy Division Multiplex). I v případě přístupu OFDM a CDMA se budeme věnovat především možnosti vytvoření jejich modulátorů v Matlabu a modifikace jejich parametrů.

Všechny takto vytvořené modulované signály budou v digitální podobě a je zapotřebí je na výstup PC převést do podoby analogové aby se mohli využít k dalšímu zpracování nebo měření. K tomuto účelu slouží analogová PCI karta CompuGen 4302. Tato karta slouží jako D/A převodník signálů vytvořených pomocí softwaru v PC. Parametry a funkce této karty budou podrobněji pospány v jedné z následujících kapitol. Komunikace je zajištěna pomocí vytvořeného skriptu, pomocí něhož jsou vytvořené signály zpracovávány.

Všechny tyto vytvořené části (modulátory, skript pro komunikaci s PCI kartou) budou ovládány pomocí grafického rozhraní a dohromady tak vytvoří generátor modulovaných signálů. Uživatel tak bude moci navolit různé parametry a podle potřeby vytvořit modulovaný signál, který dostane na výstupu zmíněné PCI karty.

2

1 Modulace

Všeobecně slouží modulace signálu k jeho úpravě pro jeho přenos, zabezpečení nebo efektivnějšímu využití přenosových pásem. Existuje mnoho typů modulací, které se dělí do skupin podle způsobu modulace. Ten může spočívat např. v modulaci pomocí amplitudy, kmitočtu nebo fáze signálu. V následujících kapitolách se blíže seznámíme se základy některých typů modulací.

1.1 Modulace BPSK, QPSK

Modulace BPSK (Binary Phase Shift Keying), nebo-li dvoustavová modulace s klíčováním fáze, je často využívanou variantou pro modulaci signálu. Využívá se i modifikací v podobě vícestavových vysokofrekvenčních digitálních modulací M-PSK, z nichž nejčastěji využívanou je QPSK (Qaudrature PhaseShift Keying), která využívá čtyř fázových stavů. Princip, výhody a nevýhody modulací PSK budeme prezentovat pouze na základní BPSK.

1.1.1 Princip modulace BPSK

Základní myšlenkou modulace BPSK je změna fáze vysokofrekvenčního signálu v závislosti na logické úrovni modulovaného signálu NRZ (Non return to zero) – signál nabývající pouze dvou stavů, buď logické jedničky, nebo logické nuly. Využívá dvou fázových stavů, jejichž vzájemný fázový posuv je 180° (Pro modulace M-PSK je vzájemný fázový posuv stavů přizpůsoben právě počtu požadovaných stavů M). Na obrázku 1.1 je signálový prostor BPSK, který představuje přehledné znázornění v komplexní rovině, určené osami I a Q.

Obrázek 1.1 Signálový prostor BPSK [2]

Signál reprezentující oba stavy má stejnou amplitudu i kmitočet a liší se pouze v posuvu fáze. V případě BPSK je tento posuv rovem 180°. U vícestavových PSK je pak tento fázový posuv roven 360°/M, kde M je počet stavů. Obrázek 1.3 znázorňuje modulaci signálu uNRZ pomocí BPSK.

3

Obrázek 1.2 Modulace signálu pomocí BPSK [2]

1.1.2 Modulátor signálu BPSK, QPSK

Za modulátor BPSK můžeme uvažovat jednoduchý přepínací obvod, který na výstup modulátoru přivádí nosnou vlnu buď přímo, nebo s otočenou fází z invertoru. Přepínací obvod je řízen modulačním signálem NRZ. Jednoduchý modulátor BPSK je na obrázku 1.4.

Obrázek 1.3 Modulátor BPSK

Modulátor na obrázku 1.4 je obecným schématem naznačujícím princip modulace BPSK. Jak bylo ale řečeno v úvodu práce, my se budeme zabývat vytvořením modulátoru v prostředí MATLAB, což znamená, že schéma, ze kterého budeme vycházet, bude modifikované pro toto prostředí. Skládat se bude z bloků zastupujících matematické funkce a kroky nezbytné k získání BPSK signálu. Jak bude vypadat struktura takového modulátoru, ukazuje obrázek 1.5.

Přepínací obvod

BPSK

NRZ

Invertor (posuv fáze

o 180°)

Vysokofrekvenční signál

4

Obrázek 1.4 Struktura modulátoru BPSK v MATLABU

Pomocí tvz. mapování jsou logické „0“ vstupního signálu reprezentovány hodnotou -1 a logické „1“ hodnotou +1. Pokud poté tento signál po průchodu filtrem násobíme nosným signálem, dojde ke změně fáze vždy při změně z 1 na -1 a obráceně.

U modulátoru QPSK dojde pomocí mapování k rozdělení signálu do dvou větví I (imaginární složka) a Q (reálná složka). Oba signály jsou opět reprezentovány -1 a +1. Složka I je modulována signálem s fází posunutou o 90° oproti signálu, kterým je modulována složka Q. Částí modulátoru je i filtr pro omezení šířky frekvenčního pásma signálu. Jeho parametry jsou popsány v následující kapitole.

1.1.2.1 Filtr pro omezení šířky frekvenčního pásma

Filtr, který bude možné využít, musí splňovat podmínku nulových mezisymbolových přeslechů. Vhodnou volbou je filtr typu raised cosine filter nebo root raised cosine filter. Chybět ovšem nebude ani možnost odpojení tohoto filtru. V Matlabu je možné použít funkci rcosine, u které je následně zapotřebí nastavení parametrů, jejichž přehled je v tabulce 1.1 a zápis funkce je následující: rcosine(fd, fs, TYPE_FLAG, R, Delay).

Název parametru

Označení Podmínka Poznámka

Typ filtru TYPE_FLAG - Volba mezi ‘normal’ (raised cosine) a

‘sqrt’ (root raised cosine), případně rectangular – bez filtru

Symbolová frekvence

fs Poměr fs/fd musí být

celé číslo > 1

-

Rychlost fd -

Rolloff faktor β

R Jeho hodnota je v rozmezí 0 - 1

Jedná se o tzv. činitel tvaru. Udává tvar přenosové funkce filtru

Zpoždění Delay Celé číslo > 0 Určuje s jakým zpožděním (kolika

vzorků) bude filtr pracovat

Tabulka 1.1 Parametry filtru

1.1.3 Demodulátor signálu BPSK

Aby byla demodulace signálu úspěšná, je zapotřebí nastavit parametry jednotlivých bloků stejně jako v modulátoru.

PřevzorkováníMapování Filtr

fc

5

Obrázek 1.5 Struktura demodulátoru BPSK v MATLABU

1.1.4 Parametry BPSK, QPSK

Jedná se o parametry modulátorů, které bude možné volit podle potřeby uživatele (bude možná modifikace).

Název parametru Označení Podmínka Poznámka

Vzorkovací kmitočet

fvz - Volba mezi kmitočty 75, 150 a 300 MHz, na kterých pracují D/A převodníky PCI

karty


fs Poměr fs/fd musí být

celé číslo > 1

-

Rychlost fd -

Kmitočet nosné fc

Hodnota by se měla pohybovat do cca 40MHz

Vychází z předpokladu, že výstup generátoru bude připojen na externí

zařízení, a tak musí pracovat s parametry, které je schopno toto zařízení zpracovat.

Možnost odpojení

modulace na nosnou

- - Možnost odpojení modulace jednotlivých

složek I a Q na nosnou. (Výstup modulátoru v komplexním tvaru)

Volba vstupních dat

- - Možnost volby mezi vygenerováním

náhodných vstupních dat a zadáním vlastní vstupní posloupnosti

Parametry filtru - - Uvedeny v kapitole 1.2.1

Tabulka 1.2 Parametry modulátoru BPSK, QPSK

1.2 Modulace M-QAM

QAM (Quadrature Amplitude Modulation) – kvadraturní amplitudová modulace patří do skupiny vícestavových vysokofrekvenčních modulací. Obecně je tento druh modulace nevhodný pro mobilní komunikace. Při vícecestném šíření signálu dojde k tomu, že signál právě přijímaný a signál odražený vytvoří signál s odlišnou amplitudou a fází a signál může být v přijímači chybně demodulován. Vhodnou volbu pro použití představuje přenos signálu

Filtr A/D

fc

6

po kabelu (např. signál digitální televize DVB-C) a komunikace mezi stacionárními pozemními stanicemi.

1.2.1 Princip modulace M-QAM

Označme si počet bitů datového toku jako m, pak počet stavů modulace M, které budeme potřebovat je M = 2m. Pro jednoduchost si princip ukážeme pro M = 16, tedy 16–QAM. Signálový prostor znázorňuje obrázek 2.1.

Obrázek 1.6 Signálový prostor 16-QAM [2]

Realizace je pak možná pomocí dvojí modulace QPSK, kde pomocí první z nich budeme řešit první dva bity a určovat tak kvadrant, ve kterém se bude daný stav QAM vyskytovat. Druhá pak určuje v jednotlivých kvadrantech odpovídající druhou dvojici bitů a tím i příslušnou výslednou čtveřici bitů. Na obrázku 2.2 je potom výsledek první modulace QPSK znázorněn v signálovém prostoru červenými body, výsledek druhé modrými body.

7

Obrázek 1.7 Výsledky dvojí QPSK v signálovém prostoru [2]

U dalších stupňů modulace s více stavy, je princip zcela stejný. Modulátor je pouze rozšířen o bloky umožňující navíc další modulaci kolem modrých bodů. Všeobecnou nevýhodou vícestavových modulací je zvyšující se chybovost s rostoucím počtem stavů M.

1.2.2 Modulátor signálů M-QAM

Na obrázku 2.3 je modulátor 16-QAM. V mapovacím obvodu dojde rozdělení na dibity (dvojice bitů), kde první dvojice určuje kvadrant a druhá přesnou polohu v konstalačním diagramu. Dále je signál navzorkován, filtrován filtrem popsaným v kapitole výše a modulován na nosnou vlnu.

Obrázek 1.8 Struktura modulátoru 16-QAM v MATLABU

1.2.3 Demodulátor signálů M-QAM

V demodulátoru je nastavení parametrů jednotlivých bloků stejné jako v modulátoru. Postup získání původního signálu pak popisuje schéma na obrázku 2.4.

FiltrPřevzorkování

Q1 Q2 I1 I2

fc-sin

FiltrPřevzorkování

Ʃ

fc-cos

8

Obrázek 1.9 Struktura demodulátoru 16-QAM v MATLABU

1.2.4 Parametry M-QAM

Modifikovatelné parametry jsou stejné jako u BPSK, zde bude navíc pouze volba výběru počtu stavů.

Název parametru

Označení Podmínka Poznámka

Počet stavů M - Pro účely generátoru bude volba mezi

hodnotami 4, 16, 64 a 256

Rychlost fd Poměr fs/fd musí být

celé číslo > 1

-


fs -



karty

Kmitočet nosné fc


Podmínka vychází z předpokladu, že výstup generátoru bude připojen na externí zařízení, a tak musí pracovat s parametry, které je schopno toto zařízení zpracovat.

Možnost odpojení

modulace na nosnou






Parametry filtru - - Uvedeny v kapitole 1.2.1

Tabulka 1.3 Parametry modulátoru M-QAM

Filtr A/D

Q1 Q2 I1 I2

fc-sin

Filtr A/D

fc-cos

9

1.3 Rozprostřené spektrum

Systémy využívající princip rozprostřeného spektra jsou výsledkem zcela jiných požadavků na přenos signálu než u úzkopásmových, komunikačních systémů. Zatímco u nich je požadována především co nejmenší šířka pásma, co největší bitová rychlost, malý vysílaný výkon atd., u jiných systému potřebujeme především odolnost vůči záměrnému rušení, zabezpečení použitím kódu a ztížení detekce signálu. Aby nebylo možné signál lehce detekovat, dostává vlastnosti šumu. Přijmout ho a detekovat je možné pouze v případě, že známe všechny jeho vlastnosti a rozprostírací posloupnosti.

Tyto systémy byly původně vyvíjeny pro vojenské účely. Postupně se ovšem dostaly i do běžně používaných aplikací.

1.3.1 DS–SS (Direct Sequence Spread Spectrum)

DS-SS – přímé rozprostření pomocí kódu je dnes využíváno například v mobilních systémech 3. generace. Jak plyne z názvu, k použití tohoto způsobu potřebujeme kódy (pseudonáhodné posloupnosti), kterými daný signál budeme rozprostírat. Princip rozprostření pomocí kódu je na obrázku 3.1.

Obrázek 1.10 Princip rozprostření

Další možností jak rozprostřít spektrum signálu je například FH-SS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – frekvenční skákání, založené na pseudonáhodné změně nosného kmitočtu, nebo TH-SS (Time Hopping Spread Spectrum) – tzv. skákání v čase. Je možné využít i kombinací těchto způsobů.

1.3.1.1 Pseudonáhodné posloupnosti Pseudonáhodné posloupnosti jsou generované kódy, obsahující prvky „0“ a „1“. Jsou generovány s danými vlastnostmi, přičemž nejdůležitějších je jejich autokorelace a ortogonalita. Z tohoto hlediska se zaměříme ne pseudonáhodné posloupnosti jako jsou tzv. m-sekvence (maximum-length sequences), Hadamardovy kódy a Walshovy funkce a sekvence. Na obrázku 3.2 je jednoduché schéma generátoru m-sekvence. Pro vytvoření m-sekvencí se využívá posuvného registru se zavedenými zpětnými vazbami.

c

Ʃ Radiový kanál

ff

fc

f

f

f

10

Obrázek 1.11 Generátor m-sekvence

M-sekvence nejsou jedinou množností pro vytvoření rozprostíracích posloupností. Hadamardovy kódy jsou tvořeny pomocí Hadamardovýh matic. Tyto matice mohou mít pouze určité rozměry. Pro jejich vytvoření využijeme předdefinované funkce v Matlabu hadamard(n), kde n je rozměr matice a musí platit, že n, n/12 nebo n/20 je celé číslo a je mocninou dvou. Jednotlivé řádky matice splňují podmínku ortogonality. Řádky matice tak reprezentují rozprostírací posloupnosti pro daný počet uživatelů.

Podmínku ortogonality splňují za jistých okolností i poslední ze zmíněných kódů. Walshovy funkce n-tého řádu tvoří soubor n funkcí o délce n bitů, tzv. čipů. Pro zachování ortogonality jednotlivých kanálů je nutné použít pouze jednu funkci z každého podsouboru. Tyto funkce mají pravoúhlý průběh a nabývají hodnot +1 a -1. Aby jimi mohl být signál rozprostřen, musí být ve stejném formátu. Na obrázku 1.13 je soubor Walshových funkcí 8. řádu a obrázek 1.14 ukazuje příklad rozprostření dat pomocí W7(t) z tohoto souboru, které je realizováno operací násobení.

X1 X2 X3

+

Modulo 2

11

Obrázek 1.12 Walshovy funkce 8. Řádu

Obrázek 1.13 Rozprostření signálu Walshovou funkcí

Naskytuje se i možnost použít Walshových sekvencí, které jsou stejně jako Walshovy funkce tvořeny pravoúhlými impulzy ovšem nabývají hodnot 0 a 1. Pro rozprostření je opět zapotřebí mít rozprostíraná data ve stejném formátu. Rozprostření pak není jako u Walshových funkcí realizováno násobením ale pomocí logického součtu XOR (sčítání modulo-2).

1.4 Systém OFDM

Tento systém je obecně znám již delší dobu, ale vzhledem k technické náročnosti se hojně začíná využívat až v poslední době.

OFDM – ortogonální frekvenčně dělený multiplex. Využívá více nosných kmitočtů pro přenos dat v jednom přenosovém kanále, čímž je možné dosáhnout mnohem vyšších přenosových rychlostí a efektivnějšího využití přenosového kanálu.

Využití nachází například ve vysílačích DVB-T, DAB a DRM , WiFi, u čtvrté generace buňkových telefonů (G4), ADSL nebo pro komunikace po energetických sítích.

W0(t)

W1(t)

W2(t)

W3(t)

W4(t)

W5(t)

W6(t)

W7(t)

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

W7(t)

data

rozprostřená data

+1

-1

+1

-1

+1

-1

12

1.4.1 Princip OFDM

Data jsou ze sériového toku převedena na paralelní, tedy rozdělena do určitého počtu kanálů. Jejich počet odpovídá počtu použitých nosných. Jednotlivé kanály jsou poté zvlášť modulovány. Pro modulaci nosných je nejčastěji využívána modulace QPSK, 16-QAM nebo 64-QAM. Výsledný signál je pak získán pomocí zpětné rychlé fourierovy transformace (IFFT). Následně jsou data převedena zpět z paralelního na sériový tok.

Použitím vícestavových modulací dochází k problému s mezisymbolovou interferencí (ISI), které je způsobena například vícecestným šířením signálu. Abychom se této chyby při zpracování vyvarovali, je možné zavést mezi jednotlivé vysílané symboly tzv. ochranný interval, viz. obrázek 4.1.

TS je celková doba trvání symbolu, TU pak doba trvání užitečného symbolu a Δ

prodloužení symbolu. Délka ochranného intervalu je pak udána jako Δ/ TU.

Pro demodulaci se využívá pouze vyznačených úseků, kde je ISI nulová a nosné ortogonální.

Obrázek 1.14 Ochranný interval Δ/TU

Další variantou jak odstranit případné ISI, je zavedení tzv. cyklického prefixu, při kterém se cyklicky opakuje koncová část signálu odpovídající aktuálnímu symbolu a ta se přidá před začátek užitečného symbolu. Velikost cyklického prefixu i ochranného intervalu se volí podle parametrů přenosového kanálu.

Výhodou tohoto systému je velké množství informace, jež je přenášeno v daném frekvenčním pásmu. Pokud dojde k rušení části multiplexu, není porušena pouze jedna informace příliš mnoho, ale více informací jen nepatrně.

13

1.4.2 Modulátor OFDM

Řazení jednotlivých bloků modulátoru je na obrázku 4.2. Příchozí data převedeme ze sériového na paralelní tok do n kánálů, kde n odpovídá počtu použitých nosných kmitočtů. Na každém kanálu je datová posloupnost mapována podle zvoleného typu modulace a každý kanál reprezentuje jeden nosný kmitočet. Pro mapování na jednotlivých nosných se nejčastěji využívá modulací QPSK, 16 nebo 64-QAM. Pomocí ifft je pak signál přepočítán do časové oblasti a z paralelního toku převeden na sériový. Abychom při příjmu takto modulovaného signálu předešli ISI, je na konci modulátoru OFDM zařazen blok CP (Cyklický Prefix), který zajistí již zmíněné odstranění interferencí mezi jednotlivými subkanály.

Obrázek 1.15 Struktura modulátoru OFMD v MATLABU

1.4.3 Demodulátor OFDM

Na obrázku 4.4 je demodulátor OFDM, princip není zapotřebí znovu popisovat, jde o zpětný postup než u modulace. Rozdíl je pouze v tom, že zde se signál nepřevádí z časové do frekvenční oblasti ale naopak.

Obrázek 1.16 Struktura demodulátoru OFDM v MATLABU

S/P

FFT

P/S

dem 1

dem 2

dem n

S/P

IFFT

P/S

mod 1

mod 2

mod n

CP/T

14

1.4.4 Parametry OFDM


Volba použité modulace pro

mapování mod -

Volit bude možné mezi QPSK, 16-QAM nebo 64-QAM

Počet nosných n - -

Velikost CP/T CP/T -

Velikost ochranného intervalu i cyklického prefixu se volí podle parametrů

přenosového kanálu. V modulátoru bude možná volba

CP = 1/4, 1/8 nebo 1/16 velikosti OFDM symbolu



karty

Šířka pásma OFDM signálu

fofdm - -

Kmitočet nosné fc




Možnost odpojení

modulace na nosnou






Tabulka 1.4 Parametry modulátoru OFDM

1.5 Přístup MC-CDMA

Multi Carrier – CDMA je kombinací systému OFDM a CDMA. Systém OFDM je popsán v kapitole 4, takže jeho princip již známe. Princip přístupu CDMA je popsán v následující části.

15

CDMA (Code Division Multiple Access) patří do skupiny systémů s rozprostřeným spektrem. Pro všechny uživatele je vyčleněno jedno frekvenční pásmo a informace od nich jsou vysílány ve stejném čase.

1.5.1 Princip CDMA, MC-CDMA

U systému CDMA provedeme u každého z uživatelů modulaci BPSK. K rozlišení jednotlivých uživatelů pro přenos se využívají již zmiňované pseudonáhodné posloupnosti (kódy). Každému uživateli je přiřazena jedna specifická pseudonáhodná posloupnost, pomocí které jsou jeho data z BPSK modulátoru rozprostřena. Takto zabezpečená data jednotlivých uživatelů jsou sečtena v sumačním bloku a odeslána po přenosovém kanálu.

Jak bylo již řečeno, MC-CDMA je kombinací CDMA a OFDM. Jedná se tedy a využití více nosných vln v systému CDMA. Rychlý tok symbolů je rozdělen do více n-krát pomalejších toků, každý tok se přenáší na vlastní nosné, kde n je počet nosných. Tímto rozdělením docílíme možnosti prodloužit dobu trvání symbolu. Z čehož následně vychází lepší odolnost signálu při vícecestným šířením. Je tu i možnost eliminace ISI a to v případě, že velikost ochranného intervalu bude rovna nebo větší než maximální délka odezvy přenosového kanálu.

1.5.2 Modulátor MC-CDMA

Signál je nejprve modulován pomocí BPSK, převeden ze sériového toku na paralelní a následně rozprostřen zvolenou pseudonáhodnou posloupností. Následuje IFFT a převod zpět z paralelního toku na sériový. Pro omezení vlivu ISI se stejně jako u přístupu OFDM používá vložení ochranného intervalu nebo použití cyklického prefixu.

Obrázek 1.17 Struktura modulátoru MC-CDMA v Matlabu

IFFT

P/S BPSK

c1

c2

cn

CP/T

16

1.5.3 Demodulátor MC-CDMA

Obrázek 1.18 Struktura demodulátoru MC-CDMA v Matlabu

1.5.4 Parametry MC-CDMA


Počet nosných n - -

Zadání rozprostírací posloupnosti

- - Ruční zadání posloupnosti nebo využití

generátoru posloupnosti

Rozprostírací posloupnost

cn - Možnost využít m-sekvence, Walshovy

nebo Hadamardovy kódy

Velikost CP/T CP/T -

Velikost ochranného intervalu i cyklického prefixu se volí podle parametrů

přenosového kanálu. V modulátoru bude CP = 1/4, 1/8 nebo 1/16 velikosti symbolu


fvz - Volba mezi kmitočty 75, 150 a 300 MHz,

na kterých pracují D/A převodníky

Kmitočet nosné fc







Tabulka 1.5 Parametry modulátoru MC-CDMA

FFT

S/P

c1

c2

cn

Dem. BPSK

17

Pro generátor nebude použit popsaný systém v uvedené podobě ale pouze ve zjednodušené a to pouze přístup CDMA pro jednoho uživatele jak ukazuje obrázek 1.18.

Obrázek 1.19 Struktura modulátoru CDMA pro jednoho uživatele v Matlabu

Kód pro rozprostření bude možné zadat buď ručně, nebo načíst ze souboru. Uživatel tak bude mít možnost použít jakýkoli kód podle potřeby.

2 Analogová PCI karta CompuGen 4302

Analogová PCI karta CompuGen řady 4302 slouží jako D/A převodník pro signály vytvořené pomocí PC. K vytvoření generovaných signálů jsou podporovány programy C/C++, LabVIEW a MATLAB, který bude použit v tomto případě. Spektrum využití této karty je poměrně široké. Uplatnění najde například jako generátor RF signálů, video signálů, simulátor radarových signálů, při síťových analýzách atd. Na obrázku 2.1 je zjednodušené blokové schéma.

Obrázek 2.1 Zjednodušené blokové schéma [4]

2.1 Zpracování signálů

Digitální signál je na kartu přiváděn z počítače přes PCI sběrnici. Data jsou načtena do paměti zvoleného kanálu na kartě. K dispozici jsou celkem čtyři kanály. Signál v každém z nich je

BPSK

c

Filtr

fc

18

dále zpracován 12-ti bitovým D/A převodníkem a v případě potřeby je upravena úroveň signálu pomocí výstupního atenuátoru, který je řízen softwarově.

Požadovaný signál je možné zpracovávat ve dvou módech a to buď v tzv. Free Run Mode, kdy je signál vysílán opakovaně za sebou, nebo tzv. Triggered Mode, při kterém je nahraný signál zpracován pouze ve chvíli, kdy je D/A převodník sepnut spouštěcím signálem. Ten je možné generovat softwarově nebo využít externího spouštěcího signálu.

2.2 Parametry

Následující kapitola je zaměřena na parametry, kterými analogová karta disponuje. Některé z nich je možné měnit podle potřeby uživatele. Změny se provádějí pomocí skriptu, který slouží ke komunikaci karty s PC. Parametry, které mají na komunikaci a zpracování signálu největší vliv, jsou tyto:

4 kanály, na každém z nich je možné vysílat různý signál

Paměť s kapacitou 16MS (MegaSamples), rozdělená rovnoměrně pro všechny čtyři kanály, tedy 4MS/kanál

Volba generování signálu mezi Free Run Mode (nahraný signál je cyklicky vysílán na výstup) a Triggered Mode (Signál je vysílán pouze při příchodu spouštěcího signálu, který může být vytvořen softwarově nebo připojen externí)

Rozlišení D/A převodníku 12 bitů

Rychlost převodu: 300MHz, 150MHz, 75MHz

Rozsah výstupního napětí: ±0,87V (1,74Vp-p)

Výstupní impedance: 50Ω

Výstupní atenuátor: 0 až 31,5dB s krokem 0,5dB

2.3 Komunikace karty s PC

Jak již bylo řečeno, komunikace karty s PC se provádí pomocí skriptu v Matlabu. Ten již vytvořený skript, který byl součástí karty.

Dále bude možné provést následující kroky nastavení skriptu:

Výběr kanálu

Nastavení rychlosti převodu D/A převodníku (75, 150 nebo 300 MHz)

3 Generátor

Teoreticky navržené a popsané modulátory byly postupně vytvořeny v Matlabu jako jednotlivé funkce a začleněny do vytvořeného grafického rozhraní, pomocí něhož mohou uživatelé volit typ použité modulace a všechny parametry jednotlivých modulací, které byly popsány v kapitole 1.

19

Po spuštění funkce Generator příkazem v Command Window v Matlabu nebo přímo z příslušného m-file se otevře nové okno s vytvořeným grafickým rozhraním pro ovládání generátoru viz. obrázek 3.1.

Obrázek 3.1 Grafické rozhraní pro generátor

Jak je vidět z obrázku, okno je rozděleno do několika sekcí. Ve vrchní části je nastavení a volby společné pro všechny čtyři kanály generátoru. První z leva je nastavení vzorkovacího kmitočtu, na kterém má pracovat D/A převodník PCI karty a zároveň musí být tímto kmitočtem převzorkován výstupní signál, aby mohl být převodníky zpracován. Další dvě volby umožňují zobrazení průběhů modulovaných signálů a jejich spekter. Pokud jsou volby vybrány, zobrazí se v nových oknech po stisku tlačítka Generovat, které je vpravo od těchto voleb. Toto tlačítko slouží ale hlavně k volání funkce Gen pomocí níž je inicializována a nastavena PCI karta a vytvořené signály jsou načteny do paměti karty, zpracovány a vyslány na příslušné výstupy. Předposlední tlačítko v této části, tlačítko Stop, zastaví činnost karty a na výstup přestane vysílat signály. Tlačítko Zavřít pak slouží již pouze k ukončení a zavření generátoru. V pravé části je poslední společný parametry pro všechny kanály, a to nastavení velikosti útlumu na kanálech PCI karty.

Zbylé čtyři části reprezentují nastavení modulací na jednotlivých kanálech. Na obrázku 3.2 je detail grafického rozhraní pro jeden kanál. Nastavitelné parametry se odvíjejí od zvoleného typu modulace, viz. tabulky parametrů příslušných modulací uvedených v kapitole 1. U modulací BPSK a QPSK jsou potřebné parametry zobrazeny v tomto základním okně. U ostatních modulací nejsou všechny potřeba nebo je naopak nutné zadat

20

další parametry navíc. Jak vypadají okna při zvolení ostatních modulací, ukazují obrázky 3.3, 3.4 a 3.5.

Obrázek 3.2 Nastavení jednoho kanálu generátoru pro modulace BPSK a QPSK

Obrázek 3.3 Nastavení modulace M-QAM

21

Obrázek 3.4 Nastavení pro modulaci OFDM

Obrázek 3.5 Nastavení pro modulaci CDMA

Tlačítko v pravém dolním rohu okna, Nastav, spustí funkci pro výpočet signálu modulovaného pomocí zvolené modulace se zadanými parametry. Po dokončení výpočtu se nalevo od tohoto tlačítka objeví nápis „Hotovo!“, signalizující, že v příslušné proměnné pro daný kanál je uložen modulovaný signál, který již můžeme odeslat na vstup karty.

3.1 Modulace ve zdrojovém kódu V následujících podkapitolách jsou podrobně rozebrány zdrojové kódy jednotlivých funkcí a jejich popis. Každá z používaných modulací je vytvořena jako funkce s několika vstupními a výstupními parametry. Tyto funkce jsou pak volány z hlavní funkce Generator. Spuštěním této funkce se vytvoří celé grafické prostředí. Zároveň se pomocí tzv. callback funkcí toto prostředí dynamicky přizpůsobuj jednotlivé volbám uživatele, jako např. při volbě modulace

22

M-QAM zobrazení nabídky s počtem stavů modulace apod. Stejným způsobem je ošetřena i situace, kdy uživatel zvolí na prvním kanále modulaci v základním pásmu. Neboť takto modulovaný signál má I a Q složku a tak je pro zobrazení zapotřebí dvou kanálů je pro tento případ druhý kanál „odpojen“ a automaticky se využije pro druhou složku signálu. Stejně tak je tomu i v případě kanálů 3 a 4. Pokud uživatel zvolí možnost modulace v základním pásmu na kanálech 2 nebo 4, omezí se výběr typu modulace pouze na BPSK a CDMA kde není výstupní signál komplexní.

Součástí funkce je i načtení všech zadaných parametrů, jejich kontrola, zda-li jsou vhodných velikostí a formátů, a následné volání funkce pro zvolenou modulaci. Funkce vytvářející modulovaný signál pak vrací proměnnou obsahující vytvořený signál. A jak již bylo zmíněno, při stisku tlačítka Generovat dojde k volání funkce Gen, která má jako vstupní parametry vytvořené signály, a zajišťuje spuštění a komunikaci s PCI kartou.

3.1.1 Funkce BPSK function [datavyst]=funkceBPSK(data,fd,up,fc,typfiltru,rf,delay,fvz) %-------------------------Mapování, převzorkování-------------------------- fs=up*fd; N=length(data); for i=1:N if data(i)==0 data(i)=(-1); else end end dataup=upsample(data,up); %------------------------Vytvořní a aplikace filtru------------------------ switch (typfiltru) case(1) datafilt=filter(ones(1,up),1,dataup); case(2) datapom=zeros(1,(length(dataup)+delay)); for i=1:length(dataup) datapom(i)=dataup(i); end filtr=rcosine(fd,fs,'normal',rf,delay); datafilt=filter(filtr,1,datapom); case(3) datapom=zeros(1,(length(dataup)+delay)); for i=1:length(dataup) datapom(i)=dataup(i); end filtr=rcosine(fd,fs,'sqrt',rf,delay); datafilt=filter(filtr,1,datapom); end %-------------------------Převzorkování na fvz----------------------------- datavyst=resample(datafilt,fvz,fs); %--------------------------Modulace na nosnou------------------------------ if (get(findobj('Tag','Checkbox1'),'Value'))==0 del = length(datavyst); t = 1/fvz:1/fvz:del/fvz; datavyst=datavyst.*cos(2*pi*fc*t); else end

23

3.1.2 Funkce QPSK function[datavystR,datavystI]=funkceQPSK(data,fd,up,typfiltru,rf,delay,fvz) %-------------------------Mapování, převzorkování-------------------------- fs=up*fd; N=length(data); data=reshape(data,2,(N/2)); for i=1:(N/2) if data(1,i)==0 if data(2,i)==0 datamap(i)=(1+j); else datamap(i)=(-1+j); end else if data(2,i)==0 datamap(i)=(1-j); else datamap(i)=(-1-j); end end end %----------------Oddělení reálné a imaginární složky signálu--------------- dataupR=upsample(real(datamap),up); dataupI=upsample(imag(datamap),up); %------------------------Vytvořní a aplikace filtru------------------------ switch (typfiltru) case(1) datafiltR=filter(ones(1,up),1,dataupR); datafiltI=filter(ones(1,up),1,dataupI); case(2) datapomR=zeros(1,(length(dataupR)+delay)); datapomI=zeros(1,(length(dataupI)+delay)); for i=1:length(dataupR) datapomR(i)=dataupR(i); end for i=1:length(dataupI) datapomI(i)=dataupI(i); end filtr=rcosine(fd,fs,'normal',rf,delay); datafiltR=filter(filtr,1,datapomR); datafiltI=filter(filtr,1,datapomI); case(3) datapomR=zeros(1,(length(dataupR)+delay)); datapomI=zeros(1,(length(dataupI)+delay)); for i=1:length(dataupR) datapomR(i)=dataupR(i); end for i=1:length(dataupI) datapomI(i)=dataupI(i); end filtr=rcosine(fd,fs,'sqrt',rf,delay); datafiltR=filter(filtr,1,datapomR); datafiltI=filter(filtr,1,datapomI); end %-------------------------Převzorkování na fvz----------------------------- datavystR=resample(datafiltR,fvz,fs); datavystI=resample(datafiltI,fvz,fs); Na rozdíl od BPSK zde chybí modulace na nosnou. To je dáno tím, že zde při volbě modulace v základním pásmu dostaneme I a Q složku signálu a pak je zapotřebí jednu ze

24

složek přivést na druhý kanál. Z tohoto důvodu je případná modulace na nosnou provedena v hlavní funkci Generator kam tato funkce vrací signál rozdělený na dvě části, reálnou a imaginární složku. Stejně je tomu i v případě M-QAM a OFDM.

3.1.3 Funkce M-QAM function[datavystR,datavystI]=funkceMQAM(data,fd,up,typfiltru,rf,delay,fvz,M) %-------------------------Mapování, převzorkování-------------------------- fs=up*fd; switch (M) case(1) M=4; case(2) M=16; case(3) M=64; case(4) M=256; end N=length(data); data=reshape(data,log2(M),N/log2(M)); k=(log2(M)/2); for p=1:(log2(M)/2) dataI(k,:)=data(((p*2)-1),:); dataR(k,:)=data((p*2),:); k=k-1; end for i=1:(N/log2(M)) R(1,:)=dataR(:,i); I(1,:)=dataI(:,i); datamapR(i)=((binvec2dec(R))-((sqrt(M)-1)/2))/((sqrt(M)-1)/2); datamapI(i)=((binvec2dec(I))-((sqrt(M)-1)/2))/((sqrt(M)-1)/2); end dataupR=upsample(datamapR,up); dataupI=upsample(datamapI,up); %------------------------Vytvořní a aplikace filtru------------------------ switch (typfiltru) case(1) datafiltR=filter(ones(1,up),1,dataupR); datafiltI=filter(ones(1,up),1,dataupI); case(2) datapomR=zeros(1,(length(dataupR)+delay)); datapomI=zeros(1,(length(dataupI)+delay)); for i=1:length(dataupR) datapomR(i)=dataupR(i); end for i=1:length(dataupI) datapomI(i)=dataupI(i); end filtr=rcosine(fd,fs,'normal',rf,delay); datafiltR=filter(filtr,1,datapomR); datafiltI=filter(filtr,1,datapomI); case(3) datapomR=zeros(1,(length(dataupR)+delay)); datapomI=zeros(1,(length(dataupI)+delay)); for i=1:length(dataupR) datapomR(i)=dataupR(i); end for i=1:length(dataupI) datapomI(i)=dataupI(i);

25

end filtr=rcosine(fd,fs,'sqrt',rf,delay); datafiltR=filter(filtr,1,datapomR); datafiltI=filter(filtr,1,datapomI); end %-------------------------Převzorkování na fvz----------------------------- datavystR=resample(datafiltR,fvz,fs); datavystI=resample(datafiltI,fvz,fs);

3.1.4 Funkce OFDM Function[datavystR,datavystI]=funkceOFDM(data,N1,N2,N3,CP,modulace,fofdm, fvz) %---------------------------------Mapování--------------------------------- switch (modulace) case(1) del=length(data); data=reshape(data,2,(del/2)); for i=1:(del/2) if data(1,i)==0 if data(2,i)==0 datamap(i)=(1+j); else datamap(i)=(-1+j); end else if data(2,i)==0 datamap(i)=(1-j); else datamap(i)=(-1-j); end end end case(2) M=16; del=length(data); data=reshape(data,log2(M),del/log2(M)); k=(log2(M)/2); for p=1:(log2(M)/2) dataI(k,:)=data(((p*2)-1),:); dataR(k,:)=data((p*2),:); k=k-1; end for i=1:(del/log2(M)) R(1,:)=dataR(:,i); I(1,:)=dataI(:,i); datamapR(i)=((binvec2dec(R))-((sqrt(M)-1)/2))/((sqrt(M)-1)/2); datamapI(i)=((binvec2dec(I))-((sqrt(M)-1)/2))/((sqrt(M)-1)/2); datamap(i)=datamapR(i)+j*datamapI(i); end case(3) M=64; del=length(data); data=reshape(data,log2(M),del/log2(M)); k=(log2(M)/2); for p=1:(log2(M)/2) dataI(k,:)=data(((p*2)-1),:); dataR(k,:)=data((p*2),:); k=k-1; end for i=1:(del/log2(M)) R(1,:)=dataR(:,i);

26

I(1,:)=dataI(:,i); datamapR(i)=((binvec2dec(R))-((sqrt(M)-1)/2))/((sqrt(M)-1)/2); datamapI(i)=((binvec2dec(I))-((sqrt(M)-1)/2))/((sqrt(M)-1)/2); datamap(i)=datamapR(i)+j*datamapI(i); end end %---Výpočet délky OFDM symbolu, převod dat ze sériového na paralelní tok--- k=length(datamap)/(N1+N3); datasymb=reshape(datamap,N1+N3,k); %----------Vložení nulových řádků repreznetujících nulové nosné------------ datasymb=vertcat(datasymb(1:N1,:),zeros(N2,k),datasymb(N1+1:N1+N3,:)); %----------------------Zpětná Fourierova transformace---------------------- datavyst=ifft(datasymb); %--------------------------------Zavedení CP------------------------------- t=size(datavyst); CP=t(1)*CP; datavyst=vertcat(datavyst((t(1)-CP)+1:t(1),:),datavyst); %-----------------Převod dat z paralelního toku na sériový----------------- datavyst=reshape(datavyst,1,size(datavyst,1)*size(datavyst,2)); %---------------------------Převzorkování na fvz--------------------------- datavystR=resample(real(datavyst),fvz,fofdm); datavystI=resample(imag(datavyst),fvz,fofdm);

3.1.5 Funkce CDMA function [datavyst]=funkceCDMA(data,fd,up,fc,typfiltru,rf,delay,fvz,kod) %-------------------------Mapování, převzorkování-------------------------- N=length(data); for i=1:N if data(i)==0 data(i)=(-1); else end end %---------------------------Rozprostření kódem----------------------------- dataroz=[]; for i=1:length(data) dataroz=[dataroz data(i)*kod]; end dataup=upsample(dataroz,up); fs=up*fd; %------------------------Vytvořní a aplikace filtru------------------------ switch (typfiltru) case(1) datafilt=filter(ones(1,up),1,dataup); case(2) datapom=zeros(1,(length(dataup)+delay)); for i=1:length(dataup) datapom(i)=dataup(i); end filtr=rcosine(fd,fs,'normal',rf,delay); datafilt=filter(filtr,1,datapom); case(3) datapom=zeros(1,(length(dataup)+delay)); for i=1:length(dataup) datapom(i)=dataup(i); end filtr=rcosine(fd,fs,'sqrt',rf,delay); datafilt=filter(filtr,1,datapom); end %-------------------------Převzorkování na fvz----------------------------- datavyst=resample(datafilt,fvz,(fd*length(kod)*up));

27

%--------------------------Modulace na nosnou------------------------------ if (get(findobj('Tag','Checkbox1'),'Value'))==0 del = length(datavyst); t = 1/fvz:1/fvz:del/fvz; datavyst=datavyst.*cos(2*pi*fc*t); else end

4 Měření na signálovém analyzátoru K ověření funkčnosti generátoru byl použit signálový analyzátor, pomocí něhož jsme změřili kmitočtová spektra vysílaných signálů a v případě modulací BPSK, QPSK a M-QAM i konstalační diagramy. Během měření byly měněny kromě všech typů modulací také parametry, které mají vliv na spektrum signálů a jejichž změnu je možné v kmitočtovém spektru vidět. Proto byly zadávány různé nosné kmitočty, pro CDMA použity různé délky rozprostíracího kódu apod.

Vybrané výsledky pro všechny typy modulací jsou na následujících obrázcích. Vždy je nejprve zobrazené nastavení kanálu generátoru, následně spektrum, případně konstalační diagram, změřené signálovým analyzátorem.

Obrázek 4.1 Nastavení BPSK

28

Obrázek 4.2 Spektrum BPSK

Obrázek 4.3 Konstalační diagram BPSK

Ref 10 dBm Att 15 dB

1 AP

CLRWR

A

Center 5 MHz Span 5 MHz500 kHz/

*

3DB

RBW 200 kHz

VBW 500 kHz

SWT 2.5 ms

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

1

Marker 1 [T1 ]

-73.62 dBm

6.500000000 MHz

OBW777.243589744 kHz

T1

Temp 1 [T1 OBW]

-11.13 dBm

4.615384615 MHz

T2 Temp 2 [T1 OBW]

-10.24 dBm

5.392628205 MHz

Meas Signal

ConstDiag

U

1CLRWR

A Const

Att

35 dB

Sym&Mod Acc

1

CLRWR

B

SR 100 kHz

300

mU/

SR 100 kHz

CF 5 MHz

CF 5 MHz

BPSK

FILT

BPSK

Ref 10 dBm

-4.362755 U 4.362755 U872.551 mU/

-1.5 U

1.5 UUNCAL

Ref 10 dBm

SYMBOL TABLE (Hexadecimal)

00000 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1

00018 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0

00036 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1

00054 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1

00072 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1

00090 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0

00108 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0

00126 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0

00144 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1

00162 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0

00180 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0

00198 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0

00216 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1

MODULATION ACCURACY

Result Peak atSym Unit

EVM 4.445 7.559 20 %

Magnitude Err 4.443 7.549 20 %

Phase Error 0.08 0.26 542 deg

CarrierFreq Err -23.35 Hz

Ampt Droop -0.02 dB

Origin Offset -71.50 dB

Gain Imbalance 0.00 dB

Quadrature Err 0.00 deg

RHO 0.998135

Mean Power 0.13 1.47 734 dBm

SNR (MER) 27.04 dB

29

Obrázek 4.4 Nastavení QPSK

Obrázek 4.5 Spektrum QPSK


*

1 AP

CLRWR

A

3DB

RBW 200 kHz

VBW 500 kHz

SWT 2.5 ms


-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

1

Marker 1 [T1 ]

-73.30 dBm

6.500000000 MHz

OBW769.230769231 kHz

T1

Temp 1 [T1 OBW]

-11.79 dBm

4.655448718 MHz

T2Temp 2 [T1 OBW]

-11.89 dBm

5.424679487 MHz

30

Obrázek 4.6 Konstalační diagram QPSK

Obrázek 4.7 Nastavení 16-QAM

SR 100 kHz

CF 5 MHz

Meas Signal

ConstDiag

U

1CLRWR

A Const

Att

35 dB

SR 100 kHz

CF 5 MHz

Sym&Mod Acc

1

CLRWR

B

Ref 10 dBm

QPSK

-4.362755 U 4.362755 U872.551 mU/

300

mU/

FILTRef 10 dBm

QPSK

-1.5 U

1.5 UUNCAL


00000 0 2 1 2 2 1 1 1 2 0 3 3 2 2 2 2 0 1

00018 0 2 0 2 0 3 0 2 1 2 0 2 3 3 0 3 0 3

00036 0 1 1 2 1 2 0 1 3 3 3 1 1 3 1 1 2 1

00054 2 0 3 1 2 0 1 1 2 3 1 2 3 2 2 1 3 1

00072 0 3 3 2 3 0 1 0 2 0 1 1 1 3 2 0 0 1

00090 3 3 2 0 3 2 1 2 3 1 0 0 3 1 0 3 2 1

00108 1 0 1 2 0 1 1 2 1 0 0 1 1 1 3 3 1 0

00126 2 2 0 1 0 0 2 3 0 1 2 3 2 1 3 0 0 1

00144 0 0 3 1 1 3 1 2 3 0 1 0 0 3 2 2 0 0

00162 2 1 1 0 1 2 0 1 2 2 1 1 2 3 1 0 3 3

00180 3 1 3 1 2 0 0 0 0 3 3 2 3 1 3 2 1 0

00198 3 3 0 2 1 2 2 1 1 1 2 0 3 3 2 2 2 2

00216 0 1 0 2 0 2 0 3 0 2 1 2 0 2 3 3 0 3

MODULATION ACCURACY


EVM 1.350 3.729 747 %

Magnitude Err 0.956 3.726 747 %



Ampt Droop 0.01 dB


Gain Imbalance -0.00 dB


RHO 0.999818

Mean Power 0.13 2.05 548 dBm

SNR (MER) 37.39 dB

31

Obrázek 4.8 Spektrum 16-QAM

Obrázek 4.9 Konstalační diagram 16-QAM


*

1 AP

CLRWR

A

3DB

RBW 200 kHz

VBW 500 kHz

SWT 2.5 ms


-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

1

Marker 1 [T1 ]

-71.70 dBm

6.500000000 MHz

OBW761.217948718 kHz

T1

Temp 1 [T1 OBW]

-13.35 dBm

4.623397436 MHz

T2Temp 2 [T1 OBW]

-10.88 dBm

5.384615385 MHz

SR 100 kHz

CF 5 MHz

Meas Signal

ConstDiag

U

1CLRWR

A Const

UNCAL

Att

35 dB

SR 100 kHz

CF 5 MHz

Sym&Mod Acc

1

CLRWR

B

Ref 10 dBm

16QAM

-2.908505 U 2.908505 U581.701 mU/

200

mU/

FILTRef 10 dBm

16QAM

-1 U

1 U


00000 8 5 3 4 1 E 1 A 2 E 2 A 1 4 E 1 F 0

00018 C 3 2 9 6 C 1 7 A B C E 1 F 3 2 4 A

00036 F 9 9 0 B B 5 1 D 8 C 4 2 C 6 0 B 3

00054 4 B A C 9 9 7 F D A C 4 1 5 C C B C

00072 D 8 4 5 F 1 5 D B D 2 A 3 C 1 7 C 5

00090 F B 3 7 5 A A D D 7 4 D F 2 7 F D 7

00108 7 E 8 7 D 7 E 1 C 2 6 5 A 0 3 A 4 8

00126 4 5 F 8 A B 6 F C F 2 9 B A 7 2 8 1

00144 3 5 3 D D 0 5 B 0 B 6 8 B F A 0 B C

00162 E 9 3 8 2 B 6 2 7 8 3 3 C 2 2 7 2 F

00180 F 5 9 0 F 0 7 D 6 C 7 B 7 7 6 0 B 8

00198 3 4 B 1 A 4 B 6 4 B E D C C 6 A 9 7

00216 F 1 3 D 4 5 7 7 3 C 4 2 F A D 5 3 4

MODULATION ACCURACY


EVM 1.401 5.023 189 %

Magnitude Err 0.735 2.153 534 %



Ampt Droop 0.00 dB




RHO 0.999804

Mean Power -2.28 1.98 674 dBm

SNR (MER) 37.07 dB

32

Obrázek 4.10 Nastavení 256-QAM

Obrázek 4.11 Spektrum 256-QAM


*

1 AP

CLRWR

A

3DB

RBW 200 kHz

VBW 500 kHz

SWT 2.5 ms


-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

1

Marker 1 [T1 ]

-72.24 dBm

6.500000000 MHz

OBW689.102564103 kHz

T1

Temp 1 [T1 OBW]

-16.24 dBm

4.663461538 MHz

T2

Temp 2 [T1 OBW]

-23.99 dBm

5.352564103 MHz

33

Obrázek 4.12 Konstalační diagram 256-QAM

Obrázek 4.13 Nastavení OFDM 1

SR 100 kHz

CF 5 MHz

Meas Signal

ConstDiag

U

1CLRWR

A Const

UNCAL

Att

35 dB

SR 100 kHz

CF 5 MHz

Sym&Mod Acc

1

CLRWR

B

Ref 10 dBm

256QAM

-2.908505 U 2.908505 U581.701 mU/

200

mU/

FILTRef 10 dBm

256QAM

-1 U

1 U


00000 B7 FB CE 11 3C FA EA 79 36 29 AA 66

00012 BE EF 83 EF D5 C3 BE E1 C5 56 82 A2

00024 D1 91 65 0E 84 5A EE 3F A3 40 D6 9B

00036 BF 03 12 51 51 65 10 4B 87 B0 8F 4D

00048 82 2F 57 B5 FB 58 6D 57 76 42 E1 12

00060 AD 75 CA 47 87 CD 10 F9 4A 39 D2 E7

00072 35 7C 88 8D 2B 12 99 45 44 F1 42 92

00084 29 69 A9 14 63 97 6F 12 77 09 77 0E

00096 EF D2 F9 0E FE 95 FA F6 04 4D 9C 22

00108 31 38 B4 F3 F2 16 22 94 51 5E D1 6C

00120 30 83 86 9A 23 A6 B9 6A 00 2C 39 8E

00132 C8 E4 B2 45 27 50 2B A9 5B C2 35 E2

00144 36 14 59 BE 9D C0 67 34 2E F2 99 A6

MODULATION ACCURACY


EVM 1.293 3.076 295 %

Magnitude Err 0.571 1.810 135 %

Phase Error 1.00 -9.06 433 deg


Ampt Droop 0.00 dB



Quadrature Err -0.04 deg

RHO 0.999833

Mean Power -3.18 2.00 720 dBm

SNR (MER) 37.77 dB

34

Obrázek 4.14 Spektrum OFDM 1

Obrázek 4.15 Nastavení OFDM 2


1 AP

CLRWR

A

Center 10 MHz Span 10 MHz1 MHz/

*

3DB

RBW 200 kHz

VBW 500 kHz

SWT 2.5 ms

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

1

Marker 1 [T1 ]

-51.03 dBm

7.500000000 MHz

OBW 4.310897436 MHz

T1

Temp 1 [T1 OBW]

-26.71 dBm

7.836538462 MHz

T2

Temp 2 [T1 OBW]

-21.97 dBm

12.147435897 MHz

35

Obrázek 4.16 Spektrum OFDM 2

Obrázek 4.17 Nastavení CDMA


1 AP

CLRWR

A

Center 10 MHz Span 10 MHz1 MHz/

*

3DB

RBW 200 kHz

VBW 500 kHz

SWT 2.5 ms

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

1

Marker 1 [T1 ]

-17.35 dBm

10.000000000 MHz

OBW 2.772435897 MHz

T1

Temp 1 [T1 OBW]

-18.79 dBm

8.605769231 MHz

T2

Temp 2 [T1 OBW]

-24.02 dBm

11.378205128 MHz

36

Obrázek 4.18 Spektrum CDMA

Obrázek 4.19 Spektrum CDMA při použití 2x delšího rozprostíracího kódu


1 AP

CLRWR

A

900 kHz/Center 5 MHz Span 9 MHz

*

3DB

RBW 200 kHz

VBW 500 kHz

SWT 2.5 ms

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

1

Marker 1 [T1 ]

-71.40 dBm

9.500000000 MHz

OBW 2.841346154 MHz

T1

Temp 1 [T1 OBW]

-42.15 dBm

3.600961538 MHz

T2

Temp 2 [T1 OBW]

-42.56 dBm

6.442307692 MHz


1 AP

CLRWR

A

900 kHz/Center 5 MHz Span 9 MHz

*

3DB

RBW 200 kHz

VBW 500 kHz

SWT 2.5 ms

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

1

Marker 1 [T1 ]

-73.81 dBm

9.500000000 MHz

OBW 5.581730769 MHz

T1

Temp 1 [T1 OBW]

-42.70 dBm

2.230769231 MHz

T2

Temp 2 [T1 OBW]

-44.82 dBm

7.812500000 MHz

37

Ve všech těchto případech nebyl nastaven v modulátorech žádný filtr. Následující obrázky ukazují případ, kdy byl použit v modulátoru filtr typu raised cosine.

Obrázek 4.20 Nastavení QPSK s filtrem

Obrázek 4.21 Spektrum QPSK s filtrem


*

1 AP

CLRWR

A

3DB

RBW 200 kHz

VBW 500 kHz

SWT 2.5 ms


-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

1

Marker 1 [T1 ]

-75.68 dBm

8.000000000 MHz

OBW544.871794872 kHz

T1

Temp 1 [T1 OBW]

-41.50 dBm

9.730769231 MHz

T2

Temp 2 [T1 OBW]

-43.01 dBm

10.275641026 MHz

38

Obrázek 4.22 Konstalační diagram QPSK s filtrem

Pokud se podíváme na spektrum tohoto signálu, není vidět, že by byl signál nějak poškozen. Což už se nedá říci o konstalačním diagramu, kde dochází k velkému rozptylu. Příčinu proč tomu tak je se však nepodařilo odhalit.

Další problém, který se během měření vyskytl, byla volba vzorkovacího kmitočtu. Pokud byl nastaven vzorkovací kmitočet 75 nebo 150MHz, tak vše fungovalo dobře. Ovšem v případě kdy byl zvolen vzorkovací kmitočet 300MHz, signál se objevoval velmi zkreslený a kmitočtově posunutý. I tento jev se nepodařilo zcela objasnit a případně odstranit.

SR 100 kHz

CF 10 MHz

Meas Signal

ConstDiag

U

1CLRWR

A Const

UNCAL

Att

35 dB

SR 100 kHz

CF 10 MHz

Sym&Mod Acc

1

CLRWR

B

QPSK

QPSK

Ref 10 dBm

-4.362755 U 4.362755 U872.551 mU/

300

mU/

FILTRef 10 dBm

-1.5 U

1.5 U


00000 2 0 1 3 3 1 1 1 1 1 1 3 0 0 2 2 1 0

00018 2 3 3 3 0 3 1 0 2 1 1 1 0 2 3 3 2 1

00036 1 2 0 1 1 0 1 1 0 3 1 0 2 2 3 0 1 2

00054 1 0 0 1 3 0 1 3 0 0 3 1 3 1 1 1 1 2

00072 1 0 3 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 2 2 3 0 1

00090 1 1 1 0 0 1 2 0 2 0 2 3 1 0 3 1 1 1

00108 1 1 1 3 3 0 3 2 2 1 3 2 3 3 0 0 2 1

00126 3 2 1 1 1 3 2 3 2 2 1 1 1 0 1 1 0 1

00144 0 0 2 1 3 2 2 3 0 2 2 1 0 0 2 3 0 2

00162 3 0 0 3 1 3 1 1 1 1 2 1 0 3 1 0 0 1

00180 1 0 0 0 0 2 2 2 3 0 1 1 1 1 0 0 2 1

00198 0 2 0 2 0 1 0 3 1 1 1 1 1 1 3 3 0 3

00216 2 2 1 2 2 3 3 0 0 2 1 3 2 1 1 0 2 2

MODULATION ACCURACY


EVM 49.115 97.733 780 %

Magnitude Err 31.265 97.308 780 %


CarrierFreq Err 2.27k Hz

Ampt Droop 0.10 dB


Gain Imbalance 0.11 dB

Quadrature Err -1.89 deg

RHO 0.758773

Mean Power -26.03 -21.97 333 dBm

SNR (MER) 6.18 dB

39

5 Závěr

V projektu byly popsány principy jednotlivých zadaných typů modulací a navrženy modulátory a demodulátory pro všechny typy uvedených modulací v Matlabu. Ke všem typům modulací byly uvedeny parametry, které bude možné uživatelem modifikovat.

Dále jsme se seznámily s funkcí analogové PCI karty CompuGen 4302. Zaměřili jsme se především na její parametry a způsob komunikace s PC. Ke komunikaci karty s PC jsme upravily skript, který byl softwarovou součástí karty.

V Matlabu byly realizovány funkce pro tvorbu modulovaných signálů pomocí zadaných typů modulací. Tento soubor byl dále doplněn funkcí pro vytvoření grafického prostředí a provázáním těchto funkcí vznikl požadovaný generátor modulovaných signálů, jenž je ovládán přes vytvořené grafické prostředí, v němž je uživatelům umožněno vybrat si typ použité modulace a jejich příslušné parametry. Takto vytvořené signály jsou pomocí funkce Gen nahrány do paměti PCI karty a převedeny z digitální podoby do analogové pomocí D/A převodníku, kterými tato PCI karta disponuje.

Signály byly proměřeny na signálovém analyzátoru a postupně odstraněna většina nedostatků. Naměřené spektra a případně konstalační diagramy jsou uvedeny v kapitole 4.

40

Literatura

[1] MARŠÁLEK, R. Teorie radiové komunikace, Brno:VUT, FEKT

[2] NOBILIS, J. Teorie elektronických obvodů VII. (základní modulační principy), Pardubice: SPŠE a VOŠ Pardubice, 2005

[3] PROKEŠ, A. Komunikační systémy, Brno: VUT, FEKT

[4] Dokumentace karty CompuGen 4302

[5] ZAPLATÍLEK, K.,DOŇAR, B. MATLAB – Tvorba uživatelských aplikací, BEN – technická literatura, Praha 2004

vysokÉ uČenÍ technickÉ v brnĚmaster's thesis autor prÁce bc. ondŘej melŠa author...

Documents